淺談重慶中國三峽博物館展廳條形舞臺聚光鹵鎢燈電路小技改

鄭 犁，冉 浩

(重慶中國三峽博物館，重慶400015)

1 條形舞臺聚光鹵鎢燈具在重慶中國三峽博物館中的應(yīng)用范圍

鹵鎢燈就是泡體內(nèi)充的惰性氣體中含有碘、溴、氟等鹵族元素和鹵化合物的白熾燈。普通白熾燈因充氣惰性氣體不含鹵族元素，在高溫下鎢絲蒸發(fā)，鎢元素沉淀在泡體玻璃殼內(nèi)，產(chǎn)生燈泡發(fā)黑現(xiàn)象，從而降低燈泡亮度。相比普通白熾燈而言，鹵鎢燈在工作溫度下，從燈絲蒸發(fā)出來的鎢元素在泡壁區(qū)域內(nèi)與鹵素物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成揮發(fā)性鹵鎢化合物。由于燈的泡壁溫度非常高，接近泡壁的鹵鎢化合物呈現(xiàn)氣態(tài)狀，當(dāng)鹵鎢化合物擴散到溫度更高的燈絲周圍時，又分化為鹵素和鎢，釋放出來的鎢部分吸附到鎢絲上，而鹵素繼續(xù)參與循環(huán)。在這樣的過程中，鎢元素不會沉積在泡壁上，所以在正常情況下鹵鎢燈使用后不會像白熾燈那樣變黑。鹵鎢燈因工作原理的需要，往往制造尺寸比普通白熾燈小，泡體內(nèi)含有鹵族元素的惰性氣體壓力更高，燈絲發(fā)光的效率非常高，顯色性更好，光源恒定，而壽命也比普通白熾燈長。

正是因為鹵鎢燈有上述特性。所以，鹵鎢燈在舞臺布光和攝影場景布光中應(yīng)用較為廣泛。重慶中國三峽博物館展廳因部分場景布光需要，大量使用了條形舞臺聚光鹵鎢燈具，在壯麗山峽序廳中央大型油畫“夔門”的場景照明中、抗戰(zhàn)歲月大轟炸3D電影影視場景中應(yīng)用十分廣泛。

2 對重慶中國三峽博物館展廳中的條形舞臺聚光鹵鎢燈具進行電路小技改的原因

鹵鎢燈主要分為高壓鹵鎢燈(可直接介入220 V～240 V電源)和低壓鹵鎢燈(需配備相應(yīng)變壓器)兩種。低壓鹵鎢燈具有相對更長的使用壽命，安全性能高等優(yōu)點。因此，重慶中國三峽博物館展廳內(nèi)主要采用的是低壓鹵鎢燈具。然而，這種燈具在館內(nèi)壯麗山峽、抗戰(zhàn)歲月兩大主要陳列展廳的實際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，燈具內(nèi)的低壓石英鹵鎢燈管的使用壽命非常短，整套燈具內(nèi)的8只燈管平均使用壽命不足1個月。這與理論上的低壓鹵鎢燈正常使用壽命大相徑庭(產(chǎn)品規(guī)格為55 V/125 W管形石英鹵鎢燈)。因場景布光的需要，分布在“夔門”油畫和重慶大轟炸3D電影周圍的條形舞臺聚光鹵鎢燈具的數(shù)量也特別多。且燈具安裝的位置復(fù)雜，多為高空懸掛安裝。因此檢修燈具時，維修人員必須高空作業(yè)，這樣給我們電氣工程技術(shù)人員的維修帶來非常大的難度。由于鹵鎢燈管更換頻繁，維修周期較短，不僅增加維修成本，也增加了維修人員的危險系數(shù)。鑒于這種情況，迫使我們必須對原來的鹵鎢燈具進行技術(shù)分析，找到目前鹵鎢燈管使用壽命較短的真正原因，并加以技術(shù)改進，從根本上解決上述問題。

3 技術(shù)改造前條形舞臺聚光鹵鎢燈具的工作原理及使用情況

經(jīng)電氣工程技術(shù)人員檢修拆卸損壞的條形舞臺聚光鹵鎢燈具后發(fā)現(xiàn)，該燈具內(nèi)部安裝鹵鎢燈管的管座是由兩頭為陶瓷卡座，卡座外用螺絲固定導(dǎo)電金屬卡片組成。而出現(xiàn)故障最多的地方就是鹵鎢燈管兩端的金屬觸點與固定在陶瓷卡座上導(dǎo)電金屬卡片下端的觸點處。故障現(xiàn)象多為觸點接觸處溫度過高產(chǎn)生炭化變形，導(dǎo)電金屬卡片上觸點溶化，導(dǎo)致鹵鎢燈管兩端陶瓷破裂，燈絲與燈兩端觸點斷裂所致。起初分析認為是鹵鎢燈管發(fā)熱量大，散熱較差引起。后經(jīng)過拆除外面板，加裝散熱風(fēng)扇等技術(shù)手段，故障現(xiàn)象仍未得到明顯改善。后來經(jīng)電氣技術(shù)人員拆卸燈具，分析電路原理，得出如下結(jié)論:

原條形舞臺聚光鹵鎢燈具內(nèi)的鹵鎢燈管的接線方式是4只燈管串聯(lián)，然后兩組并聯(lián)接線(見圖1)。具體來說，就是每組電路由4只55 V/125 W的低壓鹵鎢燈管串聯(lián)而成。

圖1 原條形舞臺聚光鹵鎢燈接線原理

根據(jù)電工原理，將條形鹵鎢燈電路理想化為純電阻電路，根據(jù)歐姆定律，我們可以判定出每組電路的總電壓為U總=U1+U2+U3+U4(U為電壓)，而I總=I分(I為電流)。根據(jù)P=UI可得:

得出一條支路上面的電流約為2.3 A，兩條支路之和為總電流，電流為4.6 A。經(jīng)過簡單計算，加在每一只鹵鎢燈管兩端的電流為2.3 A，電流相對偏大。這樣容易產(chǎn)生接觸電阻過大，使得燈管兩端溫度過高，從而縮短燈管的使用壽命。

4 技術(shù)改造后舞臺聚光條形鹵鎢燈具的工作原理及使用情況

經(jīng)過簡單的技術(shù)分析，我們對原來的條形舞臺聚光鹵鎢燈具的電路進行了改造。并將原低壓鹵鎢燈(55 V/125 W)管更換為高壓鹵鎢燈(220 V/100 W)管。其具體做法是將原兩組4只串聯(lián)的鹵鎢燈(55 V/125 W)管改為8只高壓碘鹵鎢燈(歐司朗220 V/100 W)管，也就是說每只燈管采用并聯(lián)接線方式(見圖2)。這樣通過歐姆定律可得U總=U分，而I總=I1+I2+I3+……I8，根據(jù)P=UI可得:

圖2 改造后條形舞臺聚光燈接線原理

分擔(dān)在每只燈管兩端的電流為0.5 A。總回路的電流為0.5×8=4 A。這樣分擔(dān)在每只燈管兩端電流就非常小，而總路上的電流與原來電路約為相同。經(jīng)過這樣改造，大大降低了因每只燈管兩端電流過大而導(dǎo)致陶瓷底座金屬觸點與鹵鎢燈燈管觸點間因接觸電阻增大，電流過大產(chǎn)生發(fā)熱損壞燈管和金屬觸點，使得故障率明顯降低。

5 總結(jié)技改前后利弊

通過對鹵鎢燈具電路技術(shù)改造，并經(jīng)過一段時間的試運行得出如下結(jié)論:

(1)改造后比改造前鹵鎢燈管的使用壽命大大延長。

(2)降低了鹵鎢燈管的更換頻率，延長了燈具的維護周期，大大降低了燈具的維護成本。

(3)大大降低了維修人員的工作強度和危險性，提高了維修效率。

缺點就是因燈管兩端電壓由55 V變?yōu)榱?20 V，維修時應(yīng)斷電操作，避免觸電發(fā)生安全事故。重慶中國三峽博物館展廳條形舞臺聚光鹵鎢燈燈具外形圖見圖3，被燒壞的燈座金屬卡片觸點和條形舞臺聚光鹵鎢燈燈座見圖4，改造前使用的低壓鹵鎢燈燈管和改造后使用的高壓碘鹵鎢燈燈管見圖5。

圖3 條形舞臺聚光鹵鎢燈燈具

圖4 電路改造前燈具易損處

圖5 改造前后使用的鹵鎢燈燈管對比